城市干道交通信號(hào)雙向綠波控制設(shè)計(jì)方法

城市干道交通信號(hào)雙向綠波控制設(shè)計(jì)方法【摘要】城市干道是疏解城市交通流的交通動(dòng)脈，通過信號(hào)燈配時(shí)設(shè)計(jì)提高干道通行速度、減少車輛停車延誤，對(duì)城區(qū)治堵保暢具有重要意義。雙向綠波協(xié)調(diào)控制技術(shù)是能夠有效提高道路整體通行能力的信號(hào)控制技術(shù)。本文針對(duì)復(fù)雜城市交通環(huán)境中經(jīng)常采用的非對(duì)稱放行方式下的干道雙向綠波協(xié)調(diào)控制要求，提出基于MATLAB圖解法的續(xù)進(jìn)式雙向綠波設(shè)計(jì)方法，通過合理相位設(shè)計(jì)，結(jié)合單路口信號(hào)配時(shí)需求，設(shè)計(jì)不同時(shí)段的雙向綠波協(xié)調(diào)控制方案?！娟P(guān)鍵詞】協(xié)調(diào)控制；雙向綠波；圖解法隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通壓力越來越大，城市交通擁堵已嚴(yán)重影響城市的可持續(xù)發(fā)展。治理城市交通擁堵是一個(gè)系統(tǒng)性工程，一方面需要通過新建道路、打通斷頭路等方式來提高城市路網(wǎng)的交通流總體承載容量；另一方面也可以通過科學(xué)的交通組織和交通控制來挖掘現(xiàn)有的道路通行潛力，提升交通運(yùn)行效率。交通信號(hào)控制是控制城市交通的重要方式，科學(xué)合理的信號(hào)相位和配時(shí)設(shè)計(jì)不僅可以提高單個(gè)路口的通行效率，同時(shí)也可通過信號(hào)燈聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)控制，使車輛在道路行駛時(shí)得到連續(xù)的綠燈信號(hào)，從而在信號(hào)“綠波”狀態(tài)下暢通地通過大量交叉口，這種方法稱為信號(hào)“綠波”技術(shù)。一、交通信號(hào)雙向綠波設(shè)計(jì)方法研究交通信號(hào)綠波控制通常分為單向綠波控制和雙向綠波控制兩種。單向綠波控制只能保證一個(gè)方向的車流一路綠燈通行，而另一個(gè)方向遇到紅燈概率反而提高。這種單向綠波較適合單行交通組織道路或潮汐流明顯的路段，而真正能提高道路整體通行能力的需要采用雙向綠波技術(shù)。目前，設(shè)計(jì)雙向綠波協(xié)調(diào)控制的常用方法有數(shù)解法、圖解法、Maxband法以及Multiband法等。其中，數(shù)解法是通過數(shù)值計(jì)算的方法，尋求最小偏移綠信比，求解協(xié)調(diào)控制配時(shí)參數(shù)；圖解法是通過作圖的方法，確定協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的公共信號(hào)周期與相位差；Maxband法和Multiband法均是通過建立綠波帶寬度的線性規(guī)劃模型，利用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)配時(shí)參數(shù)的優(yōu)化求解。上述方法主要適用干道進(jìn)口直行相位采用對(duì)稱放行方式的干道交叉口群，而對(duì)于采用非對(duì)稱放行相位（單放相位）的干道雙向綠波協(xié)調(diào)控制，往往不能達(dá)到實(shí)際的設(shè)計(jì)要求。與進(jìn)口對(duì)稱放行方式相比，非對(duì)稱放行方式可以最大限度地均衡各流向車道的利用率、飽和度與停車延誤，能夠利用左直合用車道實(shí)時(shí)調(diào)整直行流向與左轉(zhuǎn)流向的通行能力，以適應(yīng)不同流向的實(shí)時(shí)交通需求，對(duì)于交叉口間距參差不齊的城市干道交通條件具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。因城市交叉口間距參差不齊、部分路口非機(jī)動(dòng)車出行比例較大等特點(diǎn)，結(jié)合MATLAB圖解法，能對(duì)綠波協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的相位差方案和相位方案進(jìn)行同步設(shè)計(jì)，且能根據(jù)不同路口情況進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，基于MATLAB圖解法的續(xù)進(jìn)式雙向綠波設(shè)計(jì)技術(shù)，合理運(yùn)用單放相位、相位遲開（或早閉）、行人二次過街、雙周期等，綜合考慮機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車、行人交通需求，結(jié)合現(xiàn)狀路口信號(hào)配時(shí)情況，設(shè)計(jì)不同時(shí)段（如早高峰、晚高峰和平峰等）的雙向綠波協(xié)調(diào)控制方案。二、基于MATLAB圖解法設(shè)計(jì)案例（一）現(xiàn)狀交通調(diào)查及初始參數(shù)確定對(duì)雙向協(xié)調(diào)道路沿線各交叉口和路段進(jìn)行詳細(xì)交通調(diào)查，主要包括交通信號(hào)控制現(xiàn)狀、道路現(xiàn)狀、交叉口間距、路段車速、流量（路段和交叉口）、行人和非機(jī)動(dòng)車干擾情況等。在此基礎(chǔ)上，選擇交通需求最大的路口作為關(guān)鍵交叉口，根據(jù)關(guān)鍵交叉口相關(guān)交通參數(shù)計(jì)算并確定雙向綠波公共周期，如下式：其中為公共周期，為路口i的信號(hào)損失時(shí)間，為路口i的流量比總和，n為交叉口數(shù)量。在滿足各方向機(jī)動(dòng)車、行人、非機(jī)動(dòng)車的最低通行需求的前提下初始化各路口綠信比。結(jié)合路段實(shí)際車速和限速情況確定雙向綠波帶速，選擇重要交通流方向作為主協(xié)調(diào)方向（正向）。（二）從起點(diǎn)做正向綠波帶（三）從終點(diǎn)做反向綠波帶從反向最后一個(gè)交叉口出發(fā)，作反向綠波帶且與正向綠波帶相交于關(guān)鍵交叉口（通過雙向共享綠燈時(shí)間最大限度減少關(guān)鍵交叉口相交道路的影響）。從圖2可以看出，盡管正向已實(shí)現(xiàn)單向綠波，但反向尚未實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)，雙向綠波設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使正向和方向的綠燈時(shí)間最終都處于綠波帶范圍內(nèi)。（四）反向調(diào)整相位差和綠信比依次調(diào)整反向相鄰路口間的相位差，使各路口反向綠燈盡量位于綠波帶范圍內(nèi)，對(duì)于低流量的兩相位路口可根據(jù)情況采用雙周期，對(duì)于局部帶寬較窄的路口可適當(dāng)增加綠燈時(shí)間以擴(kuò)大帶寬。（五）優(yōu)化相位方案針對(duì)部分路口存在車隊(duì)到達(dá)前的綠燈空放及部分路口有較多綠燈時(shí)間處于綠波帶范圍外造成局部不協(xié)調(diào)等問題，需要通過靈活運(yùn)用單放相位、相位遲開（或早閉）等技術(shù)對(duì)相位方案進(jìn)行優(yōu)化。（六）優(yōu)化相位差方案針對(duì)部分路口在綠波車隊(duì)到達(dá)之前存在排隊(duì)會(huì)影響綠波通行效果的問題，可適當(dāng)減少相位差以清空路口排隊(duì)長(zhǎng)隊(duì)三、雙向綠波實(shí)施要素客觀上講，并非所有的道路都可采用雙向綠波設(shè)計(jì)技術(shù)。在實(shí)際雙向綠波的設(shè)計(jì)與實(shí)施中，需要綜合考慮各種因素的影響，在設(shè)計(jì)前需要對(duì)干道雙向綠波的適用性進(jìn)行合理分析，在具體設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)相位方案、相位差方案、信號(hào)配時(shí)方案等進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，在實(shí)施過程中需要做好有效地交通組織保障措施。（一）雙向綠波適用性條件1、交叉口相鄰間距不宜過大，最長(zhǎng)不超過800米，否則會(huì)降低車隊(duì)間的離散程度，不易形成連續(xù)車隊(duì)；2、雙向綠波在中等流量情況下（40%-80%飽和流量）可獲得較為理想的效果，進(jìn)行綠波協(xié)調(diào)的干道交叉口交通需求均不能過飽和，飽和度一般不超過0.9；3、單向機(jī)動(dòng)車車道數(shù)大于等于2，否則難以保證車隊(duì)以統(tǒng)一的綠波帶速前進(jìn)；4、非機(jī)動(dòng)車和行人對(duì)機(jī)動(dòng)車的干擾較小，干道協(xié)調(diào)的相鄰交叉口間不宜設(shè)置斑馬線；5、各交叉口周期時(shí)長(zhǎng)（獨(dú)立運(yùn)行時(shí)）差距不宜過大，若個(gè)別交叉口信號(hào)周期過小可以考慮雙周期綠波協(xié)調(diào)；6、交叉口個(gè)數(shù)超過10個(gè)的情況下，建議分多個(gè)子區(qū)進(jìn)行綠波協(xié)調(diào)，且子區(qū)個(gè)數(shù)不宜過多。（二）雙向綠波設(shè)計(jì)考慮因素1、各相位綠燈時(shí)間必須保證滿足各方向機(jī)動(dòng)車、行人、非機(jī)動(dòng)車的最低通行需求，充分考慮非機(jī)動(dòng)車和行人等的影響；2、雙向車流不平衡的交叉口需考慮采用非對(duì)稱的單放相位，在采用單放相位時(shí)要充分考慮相位的連續(xù)性，盡量避免二次啟動(dòng)使協(xié)調(diào)相位通行車流連續(xù)，降低車隊(duì)間離散程度；3、在滿足雙向綠波設(shè)計(jì)條件情況下，盡量減少相位數(shù)量，避免相位時(shí)間損失；4、需根據(jù)交叉口交通流變化的時(shí)變特征，按照高峰和平峰流量流向的變化特點(diǎn)，設(shè)計(jì)多個(gè)時(shí)段多套（至少2套）信號(hào)控制方案；5、信號(hào)周期應(yīng)考慮車輛延誤的均衡性，不易太長(zhǎng)，一般高峰期周期最長(zhǎng)時(shí)間一般不超過180秒，通常平峰時(shí)段周期最長(zhǎng)時(shí)間一般不超過140秒；6、盡量保證綠波帶落在各路口綠燈起點(diǎn)，若部分路口有排隊(duì)車輛需提前啟動(dòng)清空，則適當(dāng)減小相位差。（三）雙向綠波設(shè)計(jì)實(shí)施1、大路口盡量有專用左轉(zhuǎn)相位用于控制非機(jī)動(dòng)車的左轉(zhuǎn)且安裝非機(jī)動(dòng)車燈，如果沒有專用左轉(zhuǎn)相位應(yīng)增加禁止非機(jī)動(dòng)車左轉(zhuǎn)標(biāo)志，建議其二次過街；2、設(shè)置單放相位的路口視情況擦除左彎待轉(zhuǎn)區(qū)；3、有條件的路口要設(shè)置行人2次過街，以降低行人等待時(shí)間。4、在干道交叉口相交方向轉(zhuǎn)向流量較大路口的上游進(jìn)行交通組織，分流部分轉(zhuǎn)向流量；5、在路段